Elemente des Periodensystems. Natürliche Häufigkeit der Elemente

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Robert Lorenz
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1 Elemente des Periodensystems Natürliche Häufigkeit der Elemente 1

2 Der Wasserstoff Vorkommen Eigenschaften Gewinnung Verwendung Verbindungen 2

3 Vorkommen Interstellare Wasserstoffwolken Orion-Nebel und auf der Erde 3

4 Eigenschaften 4

5 Ein Element verschiedene Bindungstypen im Inneren des Jupiter (90 % H 2, 10 % He) T = K p > 4 Mio bar 5

6 Darstellung im Labor Herstellung im Labor im Kipp schen Apparat 6

7 Technische Verfahren zur H 2 -Gewinnung Ca. 90 % des Wasserstoffs werden aus fossilen Energieträgern gewonnen Kohlevergasung (Wassergas, Synthesegas) Basis für die Synthese organischer Chemikalien (z. B. Methanol, Alkane, Alkene) Kohlenoxid-Konvertierung oder Wassergas-Shift-Reaktion (an Co 3 O 4 -Kat. bei 450 C) liefert Energie 7

8 Elektrolyse von Wasser Das lohnt sich nur bei günstig verfügbarer Elektroenergie. 8

9 Wasserstofftechnologie der Zukunft 9

10 Reaktionen Knallgas-Reaktion ΔH = kj/mol H 2 ist bei Raumtemperatur reaktionsträge. Reaktion durch Zündung initiiert. eine Kettenreaktion die zur Explosion führt 1986: Challenger-Katastrophe 10

11 Verwendung als Brenngas 11

12 Wasserstoffverbindungen Ionische Hydride (1. und 2. Hauptgruppe) Kovalente Wasserstoffverbindungen (3. 7. Hauptgruppe) mehr oder weniger polar HF Metallische Hydride (Einlagerungsverbindungen) meist nicht stöchiometrisch 12

13 Industrielle Verwendung von Wasserstoff 13

14 Wasserstoff Energieträger der Zukunft Funktionsprinzip einer PEM-Brennstoffzelle Anode H 2 2 H e - Katode O e - O 2-2 H + + O 2- H 2 O Elektrolyt Protonenaustauscher-Membran Proton Exchange Membrane (PEM) 14

15 Zusammenfassung - Wasserstoff Leichtestes Gas mit niedrigem Siede- und Schmelzpunkt Technische Gewinnung durch Steam-Reforming aus CH 4 oder Koks und Wasserdampf Darstellung im Labor durch Reaktion unedler Metalle mit Säuren oder Wasser Hohe Bindungsenergie der H-H-Bindung erfordert meist höhere Reaktionstemperaturen Mit Elementen der 1. und 2. HG bilden sich salzartige Hydride mit dem H - Anion H 2 reagiert mit vielen Nichtmetallen zu Molekülen mit (polar) kovalenten Bindungen, in denen H partiell positiv geladen ist H 2 kann viele Metalloxide zum Metall reduzieren H 2 wird als Brennstoff und in vielen chemischen Synthesen gebraucht 15

16 Weitere Elemente der 1. Hauptgruppe (Alkalimetalle) al-qary (arabisch) Look! He s positive... Somebody stole his electron = salzhaltige Asche Help!!! There is water in here! Help!!! He is stealing my electron Eigenschaften Vorkommen Gewinnung Verwendung Wichtige Verbindungen 16

17 Eigenschaften der Elemente weiche Metalle geringer Dichte (Li, Na und K schwimmen auf dem Wasser) mit dem Messer schneidbar Natrium Kalium 17

18 Eigenschaften der Elemente Heftige Reaktion mit Wasser M + H 2 O MOH + ½ H 2 M M + + e - H + + e - ½H 2 Reaktion mit den meisten Nichtmetallen z. B. Halogene, Sauerstoff, Wasserstoff Ionischer Charakter, großer Radius, geringe Ladungsdichte immer als M + -Kationen auf, Bildung leicht löslicher, farbloser Salze Stabilisierung großer, niedrig geladener Anionen (z. B. HCO 3-, O 2- ) 18

19 Natürliche Vorkommen LiAl[Si 2 O 6 ] Spodumen NaCl (Steinsalz, Halit) NaAl[Si 3 O 8 ] (Natronfeldspat, Albit) Na 2 CO H 2 O (Soda) NaNO 3 (Chlilesalpeter) Na 3 AlF 6 (Kryolith) KCl (Sylvin) KAl[Si 3 O 8 ] (Kalifeldspat) 19

20 Gewinnung der Alkalimetalle - Alkalichloridelektrolyse Smp C Kathode: Anode: Na + + e - Na (flüssig) 2Cl - Cl 2 (gasf.) + 2 e - 20

21 Verwendung der Alkalimetalle Natrium Synthese einer Vielzahl von Natriumverbindungen z. B. Na 2 O 2, NaNH 2,NaH, NaCN Als Reduktionsmittel zur Gewinnung von Metallen, z. B. von Titan Trockenmittel für organische Lösungsmittel Na-Dampflampen Kalium, Lithium Synthese von Li- und K-organischen Verbindungen K- und Na-Legierungen als Kühlmittel in Kernreaktoren 21

22 Hydoxide MOH sind von allen Hydroxiden die stärksten Basen sehr hygroskopische weiße Feststoffe, zerfließen beim Stehen an Luft extrem ätzend ( Ätznatron, Ätzkali, OH - reagiert mit Proteinen der Haut, NaOH als Abflußreiniger) NaOH für anorganische, KOH für organische Synthesen (löst sich besser in organischen Lösungsmitteln reagieren mit CO 2 zu Hydrogencarbonaten NaOH 22

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